Способ легирования монокристаллов кремния

 

„„717999

Союз Советсииа

Соцлалистич@снмк

Реслублик

I (6l) Лополнительный к патенту (22) ЗаЯвлено 170275 (21} 2106377/23-26 (23) Приоритфт — (32) 18. 02 ° 74 (31) Р 2407697.9 (ЗЗ) (51} М. Кл.

В 01 У 17/34

Государствеииый комитет

СССР ио делам изооретеиий

; и открытий (53) УЙК 621. 315.

592 (088 8) Опубликовано 2502.8в Бюллетень № 7

Дата опубликования описания 2Ь02.80

1 (72} Авторы изобретения

Ино.стр ан цы

Иоахим Мартин и. Конрад Ройшель (ФР Г) Иностранная фирма Сименс AT (ФРГ ) (71) Заявитель

/ (54) СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ ИОНОЖРИСТАЛЛОВ

КРЕМНИЯ с

Изобретение относится к способам легирования монокристаллов кремния галлием путем нейтронного облучения.

Легирование кристаллических стержней кремния обычно производят при .о осаждении его из газовой фазы путем термического и/или пиролитического разложения газообразного соединения кремния на нагретом стержнеобразном носителе. lG

При этом легирующие вещества примешивают к газообразным соединениям кремния и разлагают на носителе.

Полученные таким образом кремниевые стержни являют ся поли кри ст алличе скими и нх необходимо переводить в монокристаллическое состояние путем последующей зонной плавки. При этом концентрация добавленного вешества часто изменяется неконтролируемым образом и необходимо вводить значительно более высокие концентрации легирующих веществ с тем, чтобы в конечном продукте (даже после нескольких зонных плавок) содержалось необходимое количество легирующих веществ. Эти способы отнимают многО времени и не являются точными.

Для изготовления р-легированного кремния часто используют галлий.

Распределение этого легирующего вещества в кристаллической решетке кремния также не является достаточно однородным. В особенности это относится к высокоомному кремнию. Вследствие относительно малых коэффициентов распределения желаемого однородного распределения галлия в решетке кремния очень трудно достичь. Полученные иэ этого материала полупроводниковые элементы не могут достичь своих оптимальных характеристик, так как колебания концентрациЯ легируюшего вещества образующегося при росте монокристалла в процессе зойной плавки вследствие образования граней и не равномерного распределения температур в расплаве весьма значительны, . что приводит к заметной неоднородности в распределении сопротивлениЯ в радиальном и аксиалъном направлениях.

Наиболее прогрессивный метод легирования, обеспечивающий более равномерное распределение примеси, состоит "в облучений исходного материала тепловыми нейтронами (1) .Однако этот метод-не использовали для получения кремния, легированного галлием.

717999 где Я Означает поглощение " ктрона 1 ч К л к-оболочки с испусканием характери-! стического рентгеновского излучения

n — облучающие нейтроны

20 обраэозания фОсфора

Я- квант энергии, 7, 7 ° 10 " акцепторов/

s кристалле образуется .галлий. В предлагаемом с

Д Я ПОЛУчениЯ ОДНОРОДНОГО КРистал- ривается также посл ла для облучения нейтронами монокристаллов Ри темп кристалл кремния с добавкой геРма- 1000 С в „невой ни я подвергают дополнительной эонной Но меньшей мере плавке, nPu KOTOPOA для достижения . однако нет необходи

ОДНОРОДНОСТИ МатЕРИаЛа ПРИМЕНЯЮТ ИЗ . если крис алл в дал

1 вестныв способы с оРиентацией затра ыва ся )3 кон тру вочных кРисталлов (111), (100) или (115) . с проведением высок

ПредУсматРиваетсЯ также вРащение 0 ц и кристалла кремния, соДержащего гер- В данном способе маний, в пРоцессе облУчениЯ нейтРо- Р лируе в д нами. В качестве источника излуче- с хорошей точностью ния применяют известные ядерные параметров: изменен реакторы типа реактора с легкой или З5 мания в дупла и из тЯжелой воДой или РеактоР с графито- ности или времени о вым замедлителем. Применяя предлаг

П р и и е р 1. Исходным матеРи- лось впервые получи алом является поли кристаллический ческие кремниевые ст кремниевый стеРжень длиной 900 мм gp тельно больших диаме и диаметРом 35 мм, котоРый имеет распределением доба УДел ьное со пРоти влен не, из мер енное неравномерностей . при высокой частоте, 900 ом см нокристаллы особенн и "проводимость р-типа. Это соответ- изготовления счетчи ствует 1,5 10 акцепторов/см . К 45 как детекторы излчч

1Ъ Э этому стержню добавляют 1,2 об. Ъ гер- Формула и мания и посредством зонной плавки Способ легирован иэ готавливают сплав, содержащий гер- кремния путем облуч маний. Затем при следующей зонной кристалла тепловыми плавке в атмосфере аргона путем при- о т л и ч а ю щ и и плавления затравочногo кристалла с целью легирования ориентацией (111) изготавливают одно- и получения более о родный монокристаллический стержень. таллов с проводимо

Для получения стержня с сопротив- честве исход(ного бе лением 500 ом см, что соответствует кр е мни я, содерж ащий

2,:78 10 " акцепторов/см, его облучают 55 честве от 10 Вдо. 10 в реакторе потоком нейтронов интен- ведут с интенсивно сивностью = 2, 5 10 "т нейтронов/см . тронов/см. 2 Я. в течение 1 ч. Это приводит к изме- Источни ки нению добавки в кремнии вслед- принятые во внимани ствие образования фосфора до gp 1. Акцейтованная

4,0 ° 10"> доноров/см> и превращению 9 2431163, кл. В 0 атожв -германия- в атомы галлия, что 28.10.7б.

ЦНИИПИ Заказ 98б4/70 Тираж 809 Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная,4

Целью изобретения является легирование кремния галлием и получение более однородных кристаллов с проводимостью р-типа.

Для достижения этой цели предлагает ся в каче ст ве и сходно го мат ери ала брать монокристалл кремния, содержащий германий в количестве от

10 до 10 об. Ъ, и вести облучение тепловыми нейтронами с интенсивно ст ью 1- 5 ° 10 нейтронов/ см.

4 2

Если подвергать кремний, содержащий германий, облучению тепловыми нейтронами, то согласно известной

I ядерной реакции:

1О 4е Ь уi.71 Ge — >

Отсюда концентрация акцепторов (добавочное количество галлия) составляет 2, 8 ° 10" акцепторов/см, что соответствует 500 ом см.

П р и и е р 2. Исходным матери5 Ри м является поликрист, лический кремниевый стержень с удельным сопротивлением 400 ом см и проводи,мостью п-типа. Это соответствует

1, 3 ° 10" доноров/см .Содержание германия 3 об. Ъ, Ориентация затравки (111) . Цель — получение кристалла с проводимостью р-типа с сопротивлением 180 ом -см, что соответствует

7, 7 ° 10 акцепторов/см .Облучение ведут потоком нейтронов интенсивностью 2, 5 ° 10 нейтронов/см в течение ученных атомов в/см. Полученепторов с учетом составляет

СМ. пособе предусматедующий отжиг ературе выше трубке в течение, Этот процесс мости проводить, ьнейшем перерабативные элементы отемпературных диффузии. возможно также ие примеси р-типа по изменению двух ию содержания герменению интенсивблучения, авгий способ,удать монокристаллиержни относитров с однородным вок галлия и без тн кремниевые моо необходимы для ков частиц, таких ения. зобретения ия монокристаллов ения исходного нейтрон ами, с я тем, что, с кремния галлием днородных криссты6 р-типа, в карут моно крист алл германий в колиоб. Ъ, и облучение стью 1-5 ° 10 ней7 ин формации, е при экспертизе заявка ФР1"

1 J 17/40, опублик.